移相掩模技术

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1、维普资讯http://www.cqvip.com移秤，暇涕第l2卷第3期固体电子学研究与进展Vo1．12，No．31992年8月RESEARCH＆PROGRESSOFS,SEAug．，19927一口移相掩模技术／(南京电子器件研究所弓一，210016。)f‘TI1日g2年5月14日收到量薹对光学徽细加工技术中骤然崛起的移相掩模技术，从原理、掩模种类以及尚待解决的问题等方面作了较为详尽的介绍。该技术由于大幅度提高分辨率、空同相干性和增大焦深，目前已用于0．2～0．3mLSI的设计。关t调t分辨搴焦霹相消干涉作用Phase-ShiftMaskingTechniqu

2、eSunZaiji(Ⅳ∞Jgm，如∞。esn，210016)Thephase—shiftmaskingte~hniquehasabruptlyriseninthefieldofopticalfineprocessing．Theprincipleofthistechnique．sortsofthemaskandproblemst0besolvedarede~xibedindetailinthispaper．Sincethist~hniquecBngreatlyimprovether~．)olutionandspacecoherence．and_mca∞thefo

3、cusdepth，thedesignof0．2～0．3mLSIhasalreadybeencompleted．KeyWords：Resolu(1on，FocusDepth，D‘ruc廿InterferenceAction一、引言随着超大规模集成电路(VLSI)的集成度提高，对超精细图形的要求更为严格。就目前已成熟的4MDRAM而言，其最小特征尺寸为0．6岬而在今后几年内将发展的16M，64MDRAM的线宽分别缩小到0．4m和0．25岬。据分析，如果最小线宽能达到0．125m，集成度可高达1O“。可见VLSI的超精细光刻技术是下一代VLSI发展的关键，v为此，日

4、、美各大公司的研究人员进行了积极的研究开发工作。除众所周知的g线(436nm)，i线(365nm)．KrF准分子(248nm)激光光刻外，还开展了ArF准分子(193nm)激光光刻，电子束、x射线光翔的研究尤其是1988年以来，重新崛起的移相掩模技术发展甚快，因为该技术在同一曝光器中既能提高分辨率，又可改善焦深。目前，日本冲电气、富士通、日立和松下公司以及美国德克萨斯仪器公司等都拟定了移相掩模开发计划，并用i线(365rim)步进机结合移相掩模技术成功地试制了O．3m，O．35m的64^lDRAM单元或芯片。如．富士通公司用边缘增强型移相掩模结合i线(365n

5、m)光学光刻(Ⅳ=0．5O，采用ZIR一9000高分辨率i线正性股)研制了64MDRAM。总之．移相技术已越来越受到人们的重视。维普资讯http://www.cqvip.com固体电子学研究与进展12卷j二、移相掩模技术原理在光学微细加工技术的改进提高中，主要研究改进的内容是根据著名的Rayleigh分辨率公式和焦深公式：R=Kj·A／NA．(1)DOF—K2·Z／NA(2)的引导，研究解决光学成像系统的大数值孔径(ⅣA)，短曝光波长()和小工艺因子，Kz)这三个问题。由公式(2)可知，在高NA和短波长发展到极限的同时，随之带来的是焦深大幅度下降。所以，如何在

6、保持一定焦深的前提下，提高分辨率是亟待解决的问题，而移相掩模技术是最有希望的。该技术无需对抗蚀剂工艺作任何改进，便可使分辨率和焦深均获改善。移相掩模是由电路图层和与其相匹配的移相图层所组成的双层掩模结构。图1(a)采用普通透明掩模f图l(b)采用移相掩模，它将透过掩模的相邻孔进行光反相。通过相邻孔的波间相位差180。而产生相消干涉，使隙缝之间的光强减至最小。相图l移相掩摸原理消干涉作用抵消了一些衍射效应，增加了复制图形的空间分辨率在移相掩模上设折射率为，厚度=^(2霄一2)的透明膜。该透明膜使现有的光学系统都能获得更好的分辨率和更高的对比度。移相掩模也可说是在

7、原仅具光强信息的掩模上增加了相位信息。三、几种移相掩模及其光学特征在LSI微细图形中大致可分为用于布线等的周期性图形、LSI纵向层与层之间的接触孔图形和甩于微细栅的精细线图形等下面介绍几个用于不同图形具有代表性的移相掩模形式。3．1用于重复圉形的移相掩模周期性移相掩模的典型做法是将每个重复图形进行反相。这一技术是由美国IBM公司研究员M．D．赖文森提出的，故也称赖文森移相掩模(或截止空间频率倍增移相掩模)[】]_口]。该技术的原理和效果如图2所示。通过普通掩模的光可分为零次和士1次衍射光。衍射角随光栅变小而增大，士1次衍射光被投影透镜截断而不能到达圆片，并消失

8、对比度。而相同图形恩期赖文森移相掩模，